JP2004503126A - Power control algorithm for packet data based on queue / channel utilization - Google Patents
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Abstract
パケットデータ無線ネットワークにおけるチャネル品質改善のためのシステムと方法とが開示される。その無線ネットワークの各セルでは、パケットデータがチャネル利用度とパケットキュー測定との少なくともいずれかに基づいて測定される。電力制御アルゴリズムはパケットデータ負荷を用いて、セルのチャネルについての共通の或いは等しい、同報或いは送信電力レベルを判断する。共通の同報や送信電力は後で、予め定義された品質ウィンドウの外側になるチャネルについては個々のチャネルベースで調整されても良い。Disclosed are systems and methods for channel quality improvement in packet data wireless networks. In each cell of the wireless network, packet data is measured based on channel utilization and / or packet queue measurements. The power control algorithm uses the packet data load to determine a common or equal, broadcast or transmit power level for the cell's channel. The common broadcast and transmit power may be later adjusted on an individual channel basis for channels that fall outside the predefined quality window.
Description
【0001】
優先権の主張
本特許出願は米国特許商標庁に2000年7月5日に出願された、発明の名称を“キュー/チャネル利用度に基づくパケットデータについての電力制御アルゴリズム(Power Control Algorithm for Packet Data Based on Queue/Channel Utilization)”という米国特許仮出願番号第60/215,954号の優先権を主張するものであり、ここで参照によってこれを組み込むものである。
【0002】
発明の背景
発明の技術分野
本発明はパケット移動体無線ネットワークにおけるチャネル品質の改善に関するものであり、特に、電力制御アルゴリズムを用いたそのための方法及びシステムに関する。
【0003】
関連技術の経緯
電力制御は、移動体端末とネットワークとの間におけるチャネル品質を改善するための方法として移動体無線ネットワークにおいて伝統的に用いられてきた。例えば、送信電力はチャネルの搬送波対干渉波比(C/I)を改善するために増加させられ、これにより、チャネルのデータ速度やスループットを改善する。その送信電力はまた、そのチャネルのもつ他のチャネルへの干渉を減少させるのに低下させられる。
【0004】
そのような電力制御の例は、汎欧州デジタル移動電話方式(GSM)のような回路交換移動体無線ネットワークにおいて見出され、そこでは送信電力が個々のチャネルをベースに調整される。例えば、マグナス・アルムグレン(Magnus Almgren)、ヘカン・アンデルソン(Hakan Andersson)、ケネス・ウォルステッド(Kenneth Wallstedt)による米国特許第5,574,982号の“セルラシステムにおける電力制御(Power Control in a Cellular System)”を参照されたい。この調整は、受信信号強度表示(RSSI)、C/I、ビットエラー率(BER)、ビットエラー確率(BEP)、ノイズによるビット当たりのエネルギー(Eb/No)、及びフレーム削除率(FER)などの任意の数の知られた無線リンク品質測定に従ってなされる。
【0005】
パケット交換移動体無線ネットワークについての電力制御は、GSM標準、即ち、改良型汎用パケット無線システム(EGPRS)における電力制御についての提案を含むGSM05.08(バージョン8.5.0)に見出されるかもしれない。
【0006】
同様に、送信電力の制御は符号分割多元接続(CDMA)を用いるシステムの中心的な機能である。なぜなら、そこでは全てのチャネルが同じ周波数セットを共用しなければならないからである。CDMAシステムである全球移動体通信システム(Universal Mobile Telecommunication System:UMTS)についての電力制御仕様を提供しているUMTS標準の3GPP TS 25.214(バージョン3.5.0)を参照されたい。
【0007】
しかしながら、一般には、現在利用可能な移動体無線ネットワークにおいて十分に高精度で無線リンク品質を測定することは困難である。そのような困難性は、部分的には、品質測定が移動体端末によって遠隔的になされなければならず、それから、移動体無線ネットワークに送信されるか、さもなければ報告されて処理を行い、そのようにして、エラーを報告する可能性が生じることが開かれるために生じるのである。その測定の困難性は、短いパケットと長いパケットの中間到着時刻とがあるパケットデータ送信については大きくなる。これは、伝送がない時間には、測定精度がより低くなるか、或いは測定のための信号発信によるオーバヘッドがより大きくなるかのいずれかの事実による。
【0008】
さらにその上、C/Iのような品質測定によって影響を受けるような無線リンク品質はパケットデータを用いる移動体無線ネットワークについてのチャネル品質の非常に良い指標であるとは言えないかもしれない。例えば、C/Iは、チャネルデータ速度を低下させ、それ故にチャネル品質を劣化させるキューイングが原因となるパケット遅延を正確に反映することはできないかもしれない。そのようなパケットデータ移動体無線ネットワークのコンピュータシミュレーションは、例えば、最悪のチャネル品質のユーザが非常に低い無線リンク品質をもたないことを示している。
【0009】
それ故に、パケットデータ移動体無線ネットワークにおけるチャネル品質を改善でき、そのようなパケットデータネットワークにおける実際のチャネル品質をより正確に反映する測定を用いてそのようにできることが望まれている。
【0010】
発明の要約
パケットデータ無線ネットワークにおけるチャネル品質を改善する方法及びシステムを本発明のいくつかの実施形態は提供している。無線ネットワークのセルにおいて、パケットデータはチャネル利用度とパケットキュー測定との少なくともいずれかに基づいて測定される。電力制御アルゴリズムはパケットデータ負荷を用いてセルにおける複数のチャネルについて共通の或いは等しい、同報或いは送信電力レベルを決定する。共通の同報或いは送信電力は後で、予め定義された品質ウィンドウの外側になるチャネルについて個々のチャネルをベースにして調整がなされても良い。
【0011】
一般には、1つの側面からすれば、本発明は本発明はパケットデータ移動体無線ネットワークのセルにおける送信電力を制御する方法に関するものである。その方法は、セルにおけるパケットデータ負荷を測定する工程と、そのパケットデータの負荷に基づいて共通送信電力を決定する工程と、その共通送信電力をセルの複数チャネルに適用する工程とを有している。
【0012】
一般には、別の側面からすれば、本発明はパケットデータ移動体無線ネットワークのセルにおける送信電力を制御するシステムに関するものである。そのシステムは、基地無線局と、セルにおけるパケットデータ負荷を測定するのに構成されたその基地無線局におけるチャネルスケジューラと、そのチャネルスケジューラに接続され、電力制御アルゴリズムを有した電力制御ユニットとを有している。その電力制御アルゴリズムは、パケットデータ負荷に基づいて共通送信電力を決定するために構成され、その電力制御ユニットは、共通送信電力をセルの複数のチャネルに適用するために構成されている。
【0013】
一般には、さらに別の側面からすれば、本発明はパケットデータ移動体無線ネットワークのセルにおける送信電力をセルする方法に関するものである。その方法は、チャネル利用度とパケットキュー測定の内、所定の1つのものに基づいて、そのセルにおけるパケットデータの負荷を測定し、そのパケットデータの負荷に基づいて共通送信電力を決定し、その共通送信電力をセルの複数のチャネルに適用するものである。無線リンク品質は、複数のチャネルについて測定され、そして、共通送信電力は、チャネルデータ速度と搬送波対干渉波比の内、所定の1つのものに基づいて定義される品質ウィンドウの外側にある無線リンク品質レベルをもつチャネルについて調整される。
【0014】
本発明の利点には、パケットデータ移動体無線ネットワーク、基地無線局における局所的な電力制御アルゴリズム、及びその基地無線局において直接利用可能である品質測定における改善されたチャネル品質と能力を含んでいる。本発明の別の利点は次の説明と請求項とから明らかになる。
【0015】
本発明の方法とシステムのより完全な理解は、添付図面に関連した詳細な説明を参照することによって得られるであろう。
【0016】
代表的な実施形態の詳細な説明
次に本発明の代表的な実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、その図面において参照番号は同じ構成要素については次の図面にも持ち越される。
【0017】
前述のように、本発明のいくつか実施形態はパケットデータ移動体無線ネットワークにおけるチャネル品質を改善する方法及びシステムを提供している。そのようなネットワークは、汎用パケット無線システム(GPRS)、改良型汎用パケット無線システム(EGPRS)、或いは他のパケット交換ネットワークを含んでも良い。
【0018】
一般に、パケット交換ネットワークは、回路交換ネットワークが通常、各割当て無線周波数について固定数のチャネルをもっているので、伝統的な回路交換移動体無線ネットワークとは異なる。ここで用いられる“チャネル”という用語は1つの移動体端末と移動体無線ネットワークとの間の無線周波数リンクに言及するものである。例えば、GSMにおいて、各チャネルは通常、割当て無線周波数の1つの時間スロットを占有する。従って、回路交換ネットワークにおいて任意の時間に与えられた無線周波数を用いた移動体端末の数は、無線周波数当たり利用可能な時間スロットの数(通常は8つの時間スロット)に限定される。
【0019】
これに対して、パケット交換ネットワークは割当て無線周波数当たりのチャネル数には融通性がある。なぜなら、パケットデータの再結合性という性質のために1つの時間スロットが2つ以上の異なるチャネルを搬送することが可能であるからである。例えば、EGPRSにおいて、各チャネルは、各無線周波数において利用可能である時間スロットの全数に依存して単に時間スロットの一部分から最大いくつかの時間スロットまで占有することができる。従って、パケット交換ネットワークにおける任意の時間において与えられた無線周波数を用いる移動体端末の数は利用可能な時間スロットの数を超えても良い。従って、パケット交換ネットワークはそこで利用可能な付加的なパラメータをもち、チャネル品質、即ち、チャネル数やチャネル量をチューニングする。
【0020】
図1は代表的なパケットデータ移動体無線ネットワーク100の関連部分を図示している。パケットデータ移動体無線ネットワーク100は複数のセル102を含んでおり、各セル102はそこに割当てられたそこで用いる複数の無線周波数をもっている。無線周波数は通常、予め定義された周波数割当て計画に従ってパケットデータ移動体無線ネットワーク100によってセル102に割当てられる。各セル102はさらに、割当てられた無線周波数により複数の移動体端末(不図示)から、または、これらの端末に移動体の呼を送信/受信する少なくとも1つの基地無線局104を有している。基地局制御局106は少なくとも1つの基地無線局104の動作(例えば、ハンドオーバ、チャネル割当てなど)を制御する。基地局制御局106は次に、例えば、在圏GPRSサポートノード(SGSN)とゲートウェイGPRSサポートノード(GGSN)とを含むパケットデータコアネットワーク108によって制御される。パケットデータコアネットワーク108は、パケットデータ移動体無線ネットワーク100と、他の電話ネットワークとデータ通信ネットワークとの内少なくともいずれかとの間の移動体の呼を経路選択する。そのような他の電話ネットワークとデータ通信ネットワーク110との少なくともいずれかは、例えば、インターネットのような全球的なパケットデータネットワーク110を含んでも良い。
【0021】
図2は本発明の幾つかの実施形態に従う基地無線局104を図示している。基地無線局104は、セル電力制御ユニット200とセルチャネルスケジューラ202とを含む数多くの機能構成要素を有している。動作について言えば、パケットデータコアネットワーク108からの複数のパケット204は基地無線局104において受信され、そこで一時的に記憶される。それ以後、受信パケット204は、セル電力制御ユニット200とセルチャネルスケジューラ202とを含む基地無線局104の機能構成要素によって処理される。処理されたパケット204はその後、1つ以上のトランシーバユニット206a〜206cを介して1つ以上の移動体端末208a〜208cに送信される。同様に、移動体端末208a〜208cから受信されるパケットはトランシーバユニット206a〜206cによって受信され、それ以後、基地無線局104によって処理され、パケットデータコアネットワーク108に転送される。
【0022】
適切な同報或いは送信電力レベルは各チャネルに対して個別的に用いられても良いが、幾つかの実施形態では、パケット204はそのセルにおける全て或いは実質的に全てのチャネルについて等しい或いは共通の電力レベルを用いて移動体端末208a〜208cに同報或いは送信される。全ての或いは実質的に全てのチャネルについて共通の電力レベルで送信することはセル全体を通じてチャネル品質を改善する効果がある。この効果は、例えば、アーン・シモンソン(Arne Simonsson)、マグナス・アルムグレン(Magnus Almgren)、マグナス・サーフェル(Magnus Thurfjell)による“EGPRSのための電力制御及びスケジューリング概念(A Power Control and Scheduling Concept for EGPRS)”という表題の論文に記載されている。その論文では、最適のセルデータ速度とスループットとの少なくともいずれかに近くなることは、チャネル品質を調整することに関連して等しい或いは共通の電力レベルを用いることにより達成されることが説明されている。その論文はさらに、チャネル品質がチャネル割当て(即ち、与えられた移動体端末に利用可能な時間スロットの数を変更すること)、或いはチャネルスケジューリング(即ち、与えられた移動体端末に利用可能な1つの時間スロットの一部分を変更すること)、或いは、その両方を組み合わせたものとともに調整されることを説明している。
【0023】
前述の実施形態では、等しい或いは共通の電力レベルを用いてチャネルの全て或いは実質的に全てが同報されたり送信されるが、別の実施形態では、全チャネルよりも少ない数のチャネルが、特定のパケットデータ無線ネットワークの要求に依存して、等しい或いは共通の電力レベルを用いて同報或いは送信されても良い。例えば、等しい或いは共通の電力レベルがチャネルグループ或いはユーザグループに対して適用されても良い。ユーザグループ或いはチャネルグループが、例えば、それらのサービス品質(QOS)要求或いは他の類似の基準に基づいて定義されても良い。そのようなサービスグループに対して等しい或いは共通の電力レベルで送信することにより、そのサービスグループの個々の移動体端末に対して個々の電力レベルで送信することに比べてより放射される干渉波を低減することができる。この効果は上述の論文にも記述されており、そこでは、放射される相互チャネル(co−channel)干渉波がより小さくなることが達成される一方、各移動体端末に対するスケジュールされたチャネル品質を調整することに関連して等しい或いは共通の電力レベルを用いてチャネル品質を維持することができることが説明されている。
【0024】
図3は本発明の幾つかの実施形態に従うセル電力制御ユニット200を図示している。セル電力制御ユニット200は、そこにはチャネル電力コントローラ300を含む数多くの機能構成要素をもっている。チャネル電力コントローラ300はセルにおける各チャネルの同報或いは送信電力を制御するために主として機能する。具体的には、チャネル電力コントローラ300はセルに割当てられた無線周波数304a〜304cにおいて複数の時間スロット0〜7の夫々についての同報或いは送信電力を制御する。時間スロット(それ故に、そこにある何らかのチャネル)の同報或いは送信電力を制御する技術は当業者には知られたものであり、ここでは説明しない。なお、しかしながら、ここで参照によって組み込まれる上述した米国特許第5,574,982号に記載されているように、発生するかもしれない“パーティ(party)”効果を避けるために、電力制御を試みるときには注意が払われるべきである。
【0025】
幾つかの実施形態において、セル電力制御ユニット200は、セルにおけるチャネルについての等しい或いは共通の電力レベルを確立するために構成される電力制御アルゴリズム302(点線)を用いて、その機能を実行する。電力制御アルゴリズム302はこの等しい或いは共通の電力レベルを、例えば、セル或いはそのセルの一部分について測定されたパケットデータ負荷、或いは、他の類似のセル負荷測定に基づいて、決定する。例えば、幾つかの実施形態において、セル或いはそのセルの一部分についてのパケットデータ負荷が特定の高い或いは最大のレベルにあるなら、そのとき、電力制御アルゴリズム302によって生じる共通の或いは等しい電力レベルは特定の高い或いは最大の電力レベルであるかもしれない。或いは、セル或いはそのセルの一部分についてのパケットデータ負荷が特定の低い或いは最低のレベルにあるなら、そのとき、電力制御アルゴリズム302によって生じる共通の或いは等しい電力レベルは特定の低い或いは最低の電力レベルであるかもしれない。一般に、電力制御アルゴリズム302は最適のデータ速度とスループットとの内、少なくともいずれかに近いものが、セル或いはそのセルの一部分に対して達成されるように、パケットデータ負荷に対応する等しい或いは共通の電力レベルを決定する。
【0026】
そのような等しい或いは共通の電力レベルが決定された後、チャネル電力コントローラ300は、最近に決定された共通電力レベルに従って、セル内の幾つか、全て、或いは実質的に全てのチャネルについて同報或いは送信電力レベルを調整する。チャネル電力コントローラ300は、セルに割当てられた無線周波数304a〜304cにおける各時間スロット0〜7についての電力レベルを調整することにより、これらの調整を行なう。
【0027】
幾つかの実施形態において、セルにおいて測定されたパケットデータ負荷は、そのセルのチャネル利用度、1つ以上のパケットキュー測定、或いは両方の組み合わせの内のいずれかに基づいたもので良い。ここで用いる“チャネル利用度”という用語は、セルにあるチャネルが割当てられた無線周波数を用いている程度或いは度合いに言及したものである。例えば、チャネル利用度がフルであることは、割当てられた無線周波数の全ての時間スロットの100%が現在用いられていることを意味している。幾つかの実施形態では、パケットデータ負荷の即時的な値は電力制御アルゴリズム302によって用いられても良い。他の実施形態においては、パケットデータ負荷の統計的に生じた値(例えば、時間的平均)が代わりに用いられても良い。さらに別の実施形態では、パケットデータ負荷の値は、所定の重み付け方式に従って1つ以上の基準に基づいたフィルタ或いは重み付けされた値でも良い。どんな場合でも、これ以後、パケットデータ負荷は電力制御アルゴリズム302に因子として取り入れられ、セルのチャネルについての等しい或いは共通の電力レベルを生じさせるのに用いられる。
【0028】
幾つかの実施形態では、パケットデータ負荷を決定するのに用いられるチャネル利用度とパケットキュー測定とは、セルチャネルスケジューラ202の動作を監視することにより取得されるかもしれない。図4は本発明のこれらの実施形態に従うセルチャネルスケジューラ202を図示している。セルチャネルスケジューラ202は、パケットキュー400とパケットキューコントローラ402とを含む数多くの機能構成要素をもっている。パケットキューコントローラ402はパケットキュー400に格納されたパケット204のチャネルスケジューリングと割当てとを制御する。これに対して、パケットキュー400は、パケットがキューコントローラ402によって配置されるまで、基地無線局104によって受信されたパケット204についての一時的な貯蔵所としての役目を果たす。
【0029】
前述のように、パケットデータ移動体無線ネットワーク100では、割当て無線周波数404当たりのチャネル数には柔軟性がある。従って、パケットキューコントローラ402によって割当てられスケジュールされるように、割当てられた無線周波数404の時間スロット0〜7各々は1つ以上の移動体端末によって共用されても良いし、或いは、1つ以上の時間スロットが1つの移動体端末によって用いられても良い。例えば、パケットキューコントローラ402は移動体端末A〜Kについてパケットを次のように割当ててスケジュールしても良い。即ち、等しく時間スロット0を共用している移動体端末AとBに送信されるパケット、排他的に時間スロット1を占有する移動体端末Cに送信されるパケット、時間スロット2を同じように共用している移動体端末D、E、Fに送信されるパケット、時間スロット3と4の両方を排他的に占有している移動体端末Gに送信されるパケット、時間スロット5をその時間スロットの大部分を用いる移動体端末Hと移動体端末Iとで不釣合いではあるが共用し、これらHとIに送信されるパケット、移動体端末Jが時間スロット6を部分的に占有し、残りの部分は未使用で残されるようになっており、このJに送信されるパケット、最後に、時間スロットを排他的に占有している移動体端末Kに送信されるパケットがある。
【0030】
なお、いくつかの実施形態において、各割当て無線周波数404は8つの時間スロット0〜7をもっているが、他の実施形態では異なる数の時間スロットが、パケットデータ移動体無線ネットワーク100の特定の仕様に依存して、用いられることもあって良い。
【0031】
前述のチャネル利用度(即ち、チャネル割当てとスケジューリング)は後に、セル或いはそのセルの一部分におけるパケットデータ負荷を決定するためにベースとして用いられても良い。そのようなチャネル利用度の情報は、セルチャネルスケジューラ202によって、例えば、公知の技術に従ってキューコントローラ402を監視することによって取得される。セルチャネルスケジューラ202はそれ以後、パケットデータ負荷を決定して良いし、或いは、パケットデータ負荷を決定するために、単純にチャネル利用度情報をセル電力制御ユニット200に受け渡しても良い。このパケットデータ負荷の情報はセル電力制御ユニット200の電力制御アルゴリズム302の因子として組み込まれる。電力制御アルゴリズム302はその後、上述のように、セル内の幾つか、全て、或いは実質的に全てのチャネルについての等しい或いは共通の電力レベルを決定する。
【0032】
幾つかの実施形態では、チャネル利用度の情報の代わりに、パケットキュー400におけるパケットの1つ以上の測定が、セル或いはそのセルの一部分におけるパケットデータ負荷を決定するためのベースとして用いられても良い。そのようなパケットキュー測定は、例えば、幾つか、全て、或いは実質的に全てのキューのキュー長、いずれか1つのキューの最大キュー長、幾つか、全て、或いは実質的に全てのキューについての平均或いは即時的キュー長の変化(即ち、キュー長の増加/減少)、幾つか、全て、或いは実質的に全てのキューにおけるパケットサイズの分布、いずれかのキューの最大パケットサイズ、及び他の類似のパケットキュー測定を含んでも良い。チャネル利用度の情報の場合のように、パケットキュー測定もまた、公知の技術に従ってパケットキュー400の監視を通じて、セルチャネルスケジューラ202によって取得されても良い。セルチャネルスケジューラ202はそれ以後、パケットデータ負荷を決定して良いし、或いは、その測定をセル電力制御ユニット200に受け渡して負荷決定をしても良い。
【0033】
幾つかの実施形態においては、品質ウィンドウが実行されても良い。そのウィンドウ内では、共通セル電力は、セル或いはそのセルの一部分について、適切なデータ速度或いはスループットの内少なくともいずれかが得られる結果となる。図5は、2つの代表的なタイプのデータ変調、GMSK(ガウシアン最小シフトキーイング)と8−PSK(8相シフトキーイング)についてのデータ速度対C/Iのグラフを図示している。ここで、GMSKと8−PSKとは代表的な品質ウィンドウを定義するために用いられても良い。そのグラフの横軸はC/IをdBの単位で表現しており、C/Iは同報或いは送信電力を反映しているかもしれない。一方、縦軸はデータ速度をkbps/時間スロットの単位で表現している。なお、図5に図示されたグラフはただ、GPRSネットワークについてコンピュータシミュレーションデータに基づいたものであり、実際のデータに基づいたものではない。
【0034】
そこに示されているように、ある一定の地点より上では、C/Iを増加させることによって(例えば、同報或いは送信電力の増加によって)得られるチャネルデータ速度の利得はほとんどないか、まったくない。GMSK変調に関しては、その点はデータ速度が約20kbps/時間スロットの当たりに見出され、8−PSK変調に関しては、その点はデータ速度が約60kbps/時間スロットの当たりに見出される。同様に、ある一定の地点より下では、同報或いは送信電力を減少させるよりもチャネルデータ速度を減少させる(例えば、チャネル当たりの時間スロットの数を減らす)ことがより良い。この点は、送信電力消費を最小にするためには、データ速度が8kbps/時間スロットの当たりになるのが良い。他のチャネルへの干渉を最小にするために、この点はデータ速度が14kbps/時間スロット当たりに位置するかもしれない。(上述の“EGPRSのための電力制御及びスケジューリング概念(A Power Control and Scheduling Concept for EGPRS)”という表題の論文を参照されたい。)従って、GMSKに関しては、品質ウィンドウの下限と上限の範囲は約7〜20kbps/時間スロットであると良く、8−PSKについては約14〜60kbps/時間スロットであると良い。
【0035】
なお、データ速度はkbps/時間スロットで記載されている。従って、データ速度に関して、例えば、7kbps/時間スロットとすれば、例えば、2つの時間スロットを占有するチャネルは、全チャネルのデータ速度は14kbpsとなるが、1時間スロットの半分を占有するチャネルはチャネルデータ速度は3.5kbpsである。
【0036】
前述のデータ地点は、セルの幾つか、全て、或いは実質的に全てのチャネルについて等しい或いは共通の電力レベルを決定するための電力制御アルゴリズム302に因子として取り入れられるかもしれない品質ウィンドウの上限と下限として実現されると良い。例えば、セルの幾つか、全て、或いは実質的に全てのチャネルについてのデータ速度を決定する時、もし、何らかのチャネルがその品質ウィンドウの外側になってしまうデータ速度をもっているなら、そのとき、電力制御アルゴリズム302により、影響を受ける移動体端末への同報或いは送信電力が共通の電力レベルに相対的に調整(例えば、増加或いは減少)され、そのチャネルデータ速度をウィンドウ内にもってくるようにする。個々のチャネルデータ速度は、例えば、公知の技術に従って基地無線局104によって決定されても良い。
【0037】
別の実施形態では、チャネルデータ速度の代わりに、品質ウィンドウが、1つ以上の他の知られたチャネル品質の測定方法に基づいて実現されても良い。例えば、再び図5を参照すると、品質ウィンドウの上限と下限とはC/Iに基づいていて良い。そのような構成の下では、品質ウィンドウの上限から下限の範囲はGMSKについてはおおよそ7〜25dBのあたりに見出され、8−PSKについてはおおよそ7〜35dBのあたりに見出される。従って、個々のチャネルについてのC/Iが(例えば、基地無線局104により)その品質ウィンドウの外側になるか、或いは外側に遷移するように判断されるなら、そのとき、電力制御アルゴリズム302により、影響を受ける移動体端末への同報或いは送信電力レベルが共通の電力レベルに相対的に調整され、そのC/Iをウィンドウ内に戻すようにする。
【0038】
さらに別の実施形態では、与えられたチャネルについての同報或いは送信電力レベルが、ユーザについてのサービス品質のプロファイルに基づいて予め定義されたオフセットによって調整されても良い。例えば、一定のチャネルデータ速度或いは一定のC/Iを必要とするユーザは、自分の特定の移動体端末に送信されるパケットに関し共通のセル電力レベルに相対的に適用される予め定義されたオフセットをもっており、その要求したサービス品質を保証しても良い。
【0039】
前述の説明では、ダウンリンクチャネル或いは移動体端末に送信されるパケットを搬送するチャネルに関与する本発明の実施形態に焦点を合わせていた。しかしながら、本発明はこれによって限定されるものではなく、幾つかの実施形態では、ここで教示されたことはまた、アップリンクチャネルにも適用される。言い換えると、電力制御アルゴリズム302に機能上は類似した電力制御アルゴリズムが移動体端末の電力制御のために基地無線局104に実施されても良い。その場合には、パケットキュー測定情報は限定されるかもしれないが、チャネル利用度の情報は確かに移動体端末電力制御アルゴリズムに用いられるのに利用可能である。
【0040】
図6は本発明の代表的な1実施形態に従う電力制御の方法600を図示している。方法600は、セルの幾つか、全て、或いは実質的に全てのチャネルについて等しい或いは共通の電力レベルを実現することにより、パケットデータ移動体無線ネットワークのセルにおけるセルのチャネル品質を改善するために用いられる。ステップ601において、セル或いはそのセルの一部分についてのパケットデータ負荷が、チャネル利用度、パケットキュー測定、或いは、両方の組み合わせのいずれかを用いて測定される。電力制御アルゴリズムは、ステップ602において、そのパケットデータ負荷に基づいて、セルの幾つか、全て、或いは実質的に全てのチャネルについて等しい或いは共通の、同報或いは送信電力レベルを決定する。そのようなパケットデータ負荷は、パケットデータ移動体無線ネットワークの特定の要求に依存して、即時的なパケットデータ負荷でも良いし、或いは、それに重み付けがなされたものでも良い。ステップ603では、等しい或いは共通の電力レベルが、セルの幾つか、全て、或いは実質的に全てのチャネルについて実現される。ステップ604では、セルの何らかのチャネルが品質ウィンドウの外側にあるかどうかに関しての判断がなされる。その品質ウィンドウは、チャネルデータ速度、C/I、或いは別の類似の品質測定のようなチャネル品質測定に基づいていても良い。ステップ604での判断が肯定(Yes)であれば、ステップ605では、影響を受ける移動体端末についての同報或いは送信電力が共通のセル電力に相対的に調整され、付加的な判断のためにステップ604に戻る。これに対して、その判断が否定的なもの(No)であれば、始めのステップ601に戻る。
【0041】
本発明を種々の実施形態を示して説明したが、本発明の原理や教示することから逸脱することなく、変更がこれらの実施形態に対してなされても良いことが当業者には認識されるであろう。また、本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定義されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】
代表的な移動体無線ネットワークの関連部を図示している。
【図2】
本発明のいくつかの実施形態に従う基地無線局を図示している。
【図3】
本発明のいくつかの実施形態に従うセル電力制御ユニットを図示している。
【図4】
本発明のいくつかの実施形態に従うセルチャネルスケジューラを図示している。
【図5】
時間スロットデータ速度対C/Iのグラフを図示している。
【図6】
本発明のいくつかの実施形態に従う方法を図示している。[0001]
Priority claim
This patent application was filed with the United States Patent and Trademark Office on July 5, 2000, and entitled "Power Control Algorithm for Packet Data Based on Queue / Power Control Algorithm for Packet Data Based on Queue / Channel Utilization." No. 60 / 215,954, entitled "Channel Utilization", which is incorporated herein by reference.
[0002]
Background of the Invention
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to improving channel quality in packet mobile wireless networks, and more particularly, to a method and system therefor using a power control algorithm.
[0003]
Background of related technology
Power control has traditionally been used in mobile wireless networks as a way to improve channel quality between mobile terminals and the network. For example, the transmit power is increased to improve the channel to interference ratio (C / I) of the channel, thereby improving the data rate and throughput of the channel. The transmit power is also reduced to reduce the channel's interference with other channels.
[0004]
Examples of such power control are found in circuit-switched mobile radio networks such as the Pan-European Digital Mobile Telephone System (GSM), where the transmit power is adjusted on an individual channel basis. For example, US Patent No. 5,574,982 to Magnus Almgren, Hakan Andersson, and Kenneth Wallstedt, entitled "Power Control in a Cellular Cell Cell System. ) ". This adjustment includes received signal strength indication (RSSI), C / I, bit error rate (BER), bit error probability (BEP), energy per bit due to noise (Eb / No), frame erasure rate (FER), etc. Made according to any number of known radio link quality measurements.
[0005]
Power control for packet-switched mobile radio networks may be found in the GSM standard, GSM 05.08 (version 8.5.0), which includes a proposal for power control in the Advanced General Packet Radio System (EGPRS). Absent.
[0006]
Similarly, control of transmission power is a central function of systems using code division multiple access (CDMA). Because all channels must share the same set of frequencies. See the UMTS standard 3GPP TS 25.214 (version 3.5.0), which provides power control specifications for the Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), which is a CDMA system.
[0007]
However, it is generally difficult to measure radio link quality with sufficiently high accuracy in currently available mobile radio networks. Such difficulties, in part, require that quality measurements be made remotely by the mobile terminal and then sent to the mobile wireless network or otherwise reported and processed. In that way, the possibility of reporting an error arises because it is opened. The difficulty of measurement is greater for packet data transmissions with short packets and intermediate arrival times of long packets. This is due to the fact that during times of no transmission, the measurement accuracy is lower or the signaling overhead for the measurement is higher.
[0008]
Furthermore, radio link quality as affected by quality measurements such as C / I may not be a very good indicator of channel quality for mobile wireless networks using packet data. For example, C / I may not be able to accurately reflect packet delays due to queuing that reduces the channel data rate and therefore degrades channel quality. Computer simulations of such packet data mobile radio networks have shown, for example, that users with the worst channel quality do not have very low radio link quality.
[0009]
It is therefore desirable to be able to improve channel quality in packet data mobile radio networks and to do so with measurements that more accurately reflect the actual channel quality in such packet data networks.
[0010]
Summary of the Invention
Some embodiments of the present invention provide methods and systems for improving channel quality in packet data wireless networks. In a cell of a wireless network, packet data is measured based on channel utilization and / or packet queue measurements. The power control algorithm uses the packet data load to determine a common or equal broadcast or transmit power level for multiple channels in the cell. The common broadcast or transmit power may later be adjusted on an individual channel basis for channels that fall outside the predefined quality window.
[0011]
In general, in one aspect, the invention relates to a method for controlling transmission power in a cell of a packet data mobile radio network. The method includes measuring a packet data load in a cell, determining a common transmission power based on the packet data load, and applying the common transmission power to multiple channels of the cell. I have.
[0012]
In general, in another aspect, the invention is directed to a system for controlling transmission power in a cell of a packet data mobile wireless network. The system includes a base radio station, a channel scheduler at the base radio station configured to measure packet data load in a cell, and a power control unit coupled to the channel scheduler and having a power control algorithm. are doing. The power control algorithm is configured to determine a common transmission power based on a packet data load, and the power control unit is configured to apply the common transmission power to a plurality of channels of the cell.
[0013]
In general, in yet another aspect, the invention relates to a method of celling transmit power in a cell of a packet data mobile radio network. The method measures the load of packet data in the cell based on a predetermined one of channel utilization and packet queue measurement, determines a common transmission power based on the load of packet data, The common transmission power is applied to a plurality of channels of a cell. The radio link quality is measured for multiple channels, and the common transmission power is determined for the radio link outside the quality window defined based on a predetermined one of the channel data rate and the carrier-to-interference ratio. Adjusted for channels with quality level.
[0014]
Advantages of the present invention include packet data mobile wireless networks, local power control algorithms at the base station, and improved channel quality and capabilities in quality measurements directly available at the base station. . Other advantages of the invention will be apparent from the following description and from the claims.
[0015]
A more complete understanding of the method and system of the present invention will be obtained by reference to the detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
[0016]
Detailed description of exemplary embodiments
Next, typical embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in the drawings denote the same constituent elements in the following drawings.
[0017]
As described above, some embodiments of the present invention provide methods and systems for improving channel quality in a packet data mobile wireless network. Such networks may include a general packet radio system (GPRS), an improved general packet radio system (EGPRS), or other packet switched networks.
[0018]
In general, packet-switched networks differ from traditional circuit-switched mobile radio networks because circuit-switched networks typically have a fixed number of channels for each assigned radio frequency. The term "channel" as used herein refers to a radio frequency link between a mobile terminal and a mobile radio network. For example, in GSM, each channel typically occupies one time slot of the assigned radio frequency. Thus, the number of mobile terminals using a given radio frequency in a circuit-switched network is limited to the number of available time slots per radio frequency (usually eight time slots).
[0019]
In contrast, packet-switched networks have flexibility in the number of channels per assigned radio frequency. This is because one time slot can carry two or more different channels because of the recombining nature of packet data. For example, in EGPRS, each channel can occupy only a portion of a time slot up to a number of time slots, depending on the total number of time slots available at each radio frequency. Thus, the number of mobile terminals using a given radio frequency at any given time in a packet switched network may exceed the number of available time slots. Thus, the packet switching network has the additional parameters available there and tunes the channel quality, ie the number of channels and the amount of channels.
[0020]
FIG. 1 illustrates relevant portions of a typical packet data
[0021]
FIG. 2 illustrates a
[0022]
Although the appropriate broadcast or transmit power level may be used individually for each channel, in some embodiments the
[0023]
In the above embodiments, all or substantially all of the channels are broadcast or transmitted using equal or common power levels, but in other embodiments, less than all channels are identified. May be broadcast or transmitted using equal or common power levels, depending on the requirements of the packet data wireless network. For example, equal or common power levels may be applied to channel groups or user groups. User groups or channel groups may be defined, for example, based on their Quality of Service (QOS) requirements or other similar criteria. By transmitting at an equal or common power level for such a service group, more radiated interference is produced as compared to transmitting at an individual power level to the individual mobile terminals of the service group. Can be reduced. This effect is also described in the above-mentioned article, where a smaller radiated co-channel interferer is achieved while the scheduled channel quality for each mobile terminal is reduced. It is described that channel quality can be maintained using equal or common power levels in connection with the adjustment.
[0024]
FIG. 3 illustrates a cell
[0025]
In some embodiments, cell
[0026]
After such an equal or common power level is determined, the
[0027]
In some embodiments, the measured packet data load in a cell may be based on either the channel utilization of the cell, one or more packet queue measurements, or a combination of both. As used herein, the term "channel utilization" refers to the degree or degree to which a channel in a cell uses an assigned radio frequency. For example, full channel utilization means that 100% of all time slots of the assigned radio frequency are currently in use. In some embodiments, the immediate value of the packet data load may be used by
[0028]
In some embodiments, channel utilization and packet queue measurements used to determine packet data load may be obtained by monitoring the operation of
[0029]
As described above, in the packet data
[0030]
It should be noted that in some embodiments, each assigned
[0031]
The aforementioned channel utilization (ie, channel assignment and scheduling) may later be used as a basis to determine the packet data load on a cell or a portion of that cell. Such channel utilization information is obtained by the
[0032]
In some embodiments, instead of channel utilization information, one or more measurements of packets in
[0033]
In some embodiments, a quality window may be performed. Within that window, the common cell power results in an appropriate data rate and / or throughput for the cell or a portion of the cell. FIG. 5 illustrates graphs of data rate versus C / I for two representative types of data modulation, GMSK (Gaussian minimum shift keying) and 8-PSK (8 phase shift keying). Here, GMSK and 8-PSK may be used to define a representative quality window. The horizontal axis of the graph represents C / I in units of dB, and C / I may reflect broadcast or transmission power. On the other hand, the vertical axis represents the data rate in units of kbps / time slot. Note that the graph shown in FIG. 5 is based only on computer simulation data for the GPRS network, and not based on actual data.
[0034]
As shown, above a certain point, little or no gain in channel data rate is obtained by increasing C / I (eg, by increasing broadcast or transmission power). Absent. For GMSK modulation, the point is found at a data rate of about 20 kbps / time slot, and for 8-PSK modulation, the point is found at a data rate of about 60 kbps / time slot. Similarly, below a certain point, it is better to reduce the channel data rate (eg, reduce the number of time slots per channel) than to reduce broadcast or transmission power. In this regard, the data rate should be around 8 kbps / time slot to minimize transmission power consumption. This point may be located at a data rate of 14 kbps / time slot to minimize interference to other channels. (See the article entitled "A Power Control and Scheduling Concept for EGPRS" above.) Thus, for GMSK, the lower and upper bounds of the quality window are about Preferably, it is 7 to 20 kbps / time slot, and for 8-PSK, it is about 14 to 60 kbps / time slot.
[0035]
The data rate is described in kbps / time slot. Therefore, if the data rate is, for example, 7 kbps / time slot, for example, a channel occupying two time slots has a data rate of 14 kbps for all channels, but a channel occupying half of one time slot is a channel. The data rate is 3.5 kbps.
[0036]
The aforementioned data points are the upper and lower quality windows that may be factored into the
[0037]
In another embodiment, instead of the channel data rate, the quality window may be implemented based on one or more other known channel quality measurement methods. For example, referring again to FIG. 5, the upper and lower limits of the quality window may be based on C / I. Under such a configuration, the range from the upper to lower limits of the quality window is found around 7-25 dB for GMSK and around 7-35 dB for 8-PSK. Thus, if the C / I for an individual channel is determined to be outside, or transition outside, its quality window (eg, by base radio station 104), then
[0038]
In yet another embodiment, the broadcast or transmission power level for a given channel may be adjusted by a predefined offset based on a quality of service profile for the user. For example, a user requiring a constant channel data rate or a constant C / I may have a predefined offset applied relatively to a common cell power level for packets transmitted to his particular mobile terminal. And the required service quality may be guaranteed.
[0039]
The foregoing description has focused on embodiments of the present invention involving a downlink channel or a channel that carries packets transmitted to mobile terminals. However, the invention is not limited thereby, and in some embodiments, the teachings herein also apply to uplink channels. In other words, a power control algorithm functionally similar to
[0040]
FIG. 6 illustrates a
[0041]
While the invention has been described with reference to various embodiments, those skilled in the art will recognize that changes may be made to these embodiments without departing from the principles and teachings of the invention. Will. The scope of the present invention is defined by the appended claims.
[Brief description of the drawings]
FIG.
2 illustrates relevant parts of an exemplary mobile wireless network.
FIG. 2
Fig. 3 illustrates a base station according to some embodiments of the invention.
FIG. 3
FIG. 4 illustrates a cell power control unit according to some embodiments of the invention.
FIG. 4
Fig. 4 illustrates a cell channel scheduler according to some embodiments of the invention.
FIG. 5
Fig. 4 illustrates a graph of time slot data rate versus C / I.
FIG. 6
4 illustrates a method according to some embodiments of the invention.
Claims (43)
前記セルにおけるパケットデータの負荷を測定する工程と、
前記パケットデータの負荷に基づいて共通送信電力を決定する工程と、
前記共通送信電力を前記セルの複数のチャネルに適用する工程とを有することを特徴とする方法。A method for controlling transmission power in a cell of a packet data mobile radio network, comprising:
Measuring the load of packet data in the cell;
Determining a common transmission power based on the load of the packet data,
Applying the common transmit power to a plurality of channels of the cell.
基地無線局と、
前記セルにおけるパケットデータ負荷を測定するのに構成された前記基地無線局におけるチャネルスケジューラと、
前記チャネルスケジューラに接続され、電力制御アルゴリズムを有した電力制御ユニットとを有し、
前記電力制御アルゴリズムは、前記パケットデータ負荷に基づいて共通送信電力を決定するために構成され、
前記電力制御ユニットは、前記共通送信電力を前記セルの複数のチャネルに適用するために構成されていることを特徴とするシステム。A system for controlling transmission power in a cell of a packet data mobile radio network, comprising:
A base radio station,
A channel scheduler at the base radio station configured to measure packet data load in the cell;
A power control unit connected to the channel scheduler and having a power control algorithm,
The power control algorithm is configured to determine a common transmission power based on the packet data load,
The system, wherein the power control unit is configured to apply the common transmit power to a plurality of channels of the cell.
前記電力制御アルゴリズムはさらに、予め定義された品質ウィンドウの外にある無線リンク品質レベルをもつチャネルについて前記共通送信電力を調整するために構成されることを特徴とする請求項22に記載のシステム。The base radio station is configured to measure radio link quality for the plurality of channels,
23. The system of claim 22, wherein the power control algorithm is further configured to adjust the common transmit power for a channel having a radio link quality level that is outside a predefined quality window.
チャネル利用度とパケットキュー測定の内、所定の1つのものに基づいて、前記セルにおけるパケットデータの負荷を測定する工程と、
前記パケットデータの負荷に基づいて共通送信電力を決定する工程と、
前記共通送信電力を前記セルの複数のチャネルに適用する工程と、
前記セルにおける前記複数のチャネルについて無線リンク品質を測定する工程と、
チャネルデータ速度と搬送波対干渉波比の内、所定の1つのものに基づいて定義される品質ウィンドウの外側にある無線リンク品質レベルをもつチャネルについて前記共通送信電力を調整する工程とを有することを特徴とする方法。A method for controlling transmission power in a cell of a packet data mobile radio network, comprising:
Measuring the packet data load in the cell based on a predetermined one of channel utilization and packet queue measurement;
Determining a common transmission power based on the load of the packet data,
Applying the common transmit power to a plurality of channels of the cell;
Measuring radio link quality for the plurality of channels in the cell;
Adjusting the common transmit power for a channel having a radio link quality level outside a quality window defined based on a predetermined one of a channel data rate and a carrier-to-interference ratio. Features method.
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